论文总字数：25972字

目 录

摘要 3

Abstract 4

1. 绪论 5

1.1 研究背景和意义 5

1.2 径流量受气候变化影响影响国内外研究现状 5

1.2.1 国内研究现状 5

1.2.2 国外研究现状 6

1.3 研究内容与技术路线 7

2. 研究区概况与数据源 8

2.1 研究区概况 8

2.2 数据源 8

3. 研究方法 9

3.1 数据预处理 9

3.2 气候数据趋势分析方法 9

3.3 不同数据间相关度分析 10

3.4 气候数据内插方法 11

3.5 气候突变分析方法——Mann—Kendall法 11

3.6 水文数据分析方法 12

4. 结果与分析 13

4.1 淮河中上游气温变化基本特征 13

4.1.1 年均气温变化分析 13

4.1.2 气温变化趋势分析 14

4.1.3 气温突变分析 15

4.1.4 气温空间变化分析 16

4.2 淮河中上游降水变化基本特征 17

4.2.1 降水量年际变化分析 17

4.2.2 降水量季节性变化分析 18

4.2.3 降水量变化趋势分析 20

4.2.4 降水量突变分析 21

4.2.5 降水量空间变化分析 22

4.3 淮河中上游气象因素相关性分析 25

4.3.1 气象因子相关系数分析 25

4.4 淮河中上游径流量数据分析 26

4.4.1 径流量的年际变化 26

4.4.2 年径流量变化趋势分析 28

4.4.3 年径流量年际极值比分析 28

4.4.4 年径流量变异系数分析 28

4.5 气候变化对淮河中上游流域径流量的影响分析 29

4.5.1 标准化数值变化分析 29

4.5.2 气候变化对研究区径流的影响 31

5. 结论与讨论 32

5.1 结论 32

5.2 讨论 33

参考文献 34

致 谢 36

淮河中上游降水、气温变化对径流量的影响研究

袁瑞

Abstract: The water resources of the Huaihe Drainage Basin in upper and middle reaches have great prospects for China's economic growth. However, the spatial and temporal distribution of precipitation in the Huaihe Drainage Basin is very uneven which makes both drought and flood become very serious problems. The shortage of water resources in the Huaihe Drainage Basin has become a huge problem in restricting the sustainable development of the basin economy and society. Scientific governance of water resources in the Huaihe Drainage Basin is imminent.This article bases on studying the tendency of spatial and temporal distribution of precipitation in the upper and middle reaches of Huaihe Drainage Basin to analyze the mutation in recent decades and time variation characteristics of the research area runoff. Then the influence of precipitation and air temperature factor runoff in the Huaihe Drainage Basin is discussed and the reference analyzing the change of runoff in the Huaihe Drainage Basin and researching the cause of the change of Huaihe River runoff from the Global Perspective is also provided.

Keywords: Huaihe Drainage Basin, the temperature, precipitation, runoff, correlation analysis

1. 绪论

1.1 研究背景和意义

淮河流域地处我国南北分界线，交通便利、资源丰富，其中上游水资源尤其可观，但是巨大的人口基数以及水资源污染问题导致其水资源短缺的问题很严重。此外，由于气候、人为改造等原因，存在该流域水资源的时空分布极其不均匀，夏季汛期的径流量占全年总量的60%左右，不利于开发利用和洪浩灾害严重的现象。

本文通过分析淮河流域中上游降水和气温的时间变化趋势、突变检验和空间分布特征以及径流量数据的时间变化特征，讨论气候因子与径流量的关系，揭示该研究区降水和气温对径流的影响，为科学治理淮河流域中上游流域的水资源提供参考。

1.2 径流量受气候变化影响影响国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

我国研究河川径流受气候因素影响的变化，21世纪初张光辉^[2]尝试建立模型研究黄河径流：当潜在蒸发很小时,就一定降水量而言, 径流量就大。反之,当蒸发现象很强烈时, 径流量就占降雨量很小的部分。这时候引入潜在蒸发与降雨比值的干旱指数(φ)就可以作为分析气候变化对区域径流和水资源影响的有效参数。此外蒸发率也可以用干旱指数的函数来表达。张光辉等人于2001年重新定义了蒸发率函数,在从干旱指数入手的同时，充分考虑了植被对蒸发的作用，利用HadCM3 GCM模拟的结果研究不同情境下未来黄河流域年径流量的可能变化。

此后，姚文艺、徐宗学等^[3]与2009年收集统计近20个水文站1919年以来的逐年逐月水量资料和80多个气象站的逐年逐月降水、气温资料对其进行研究。主要研究方法是利用古树年轮数据及其与径流量之间的关系，重建径流量序列,使用周期叠加外延方法，分析径流量数据的变化趋势。该研究团队还使用分布式水文模型模拟方法,分析了未来的气候与水文数据变化趋势。

2008年，李雯^[4]根据泾河流域 1960～1999 年的月平均气温、月降水量和月蒸发量的观测记录，辅助以Kendall趋势检验法、MK突变检验法、小波分析周期方法，对泾河流域气温、降水量和蒸发量的变化趋势、变化周期、突变情况和上述研究要素之间的相关关系进行了全方位的分析解读。同年，丁鸣鸣^[5]使用参照腾发量来取代流域的蒸发能力的数值，对淮河源区的降雨、温度数据进行处理，对双参水量平衡模型的适用性加以验证，分析了气候因子情景增量的敏感性。此外，还有高歌、陈德亮等^[6]利用新安江月分布式水文模型和4个CGCMs的3个SRES排放情景, 结合1961—2000年40年的气温和降水气候数据进行径流量模拟，通过实际数值与上述模型的对比来检验模型的实用性，检验通过后对未来30年的径流变化进行预测, 为合理治水提供依据。

2012年，陈效逑、李静^[7]利用小波分析方法处理了黄河流域 6 个水资源区45年的气温、降水量、蒸发量和径流量数据，研究了气候因子和天然径流量在多种时间尺度下的不同波动周期及研究要素间的相关关系。同年，孔岩、王红、任立良^[8]以黄河入海口利津水文站47年径流量年平均值为数据源，使用水文学方法对入海径流动态变化进行数据处理，他们还结合流域内多个径流源的数十个气象站同一研究时段内降水、气温和取水量数据以及研究区内水利工程的资料，讨论了多种的径流源气候和人类活动给入海径流量带来的种种变化。

2013年，张正涛、高超^[9]等根据淮河流域1958－2007年的气温、降水量、径流量数据使用NCAR-CCM3、CSIRO_MK3和 ECHAM5/MPI-OM三种气候模式对流域气候变化和淮河主干道径流量进行预估分析。同年，胡彩虹、王纪军等^[10]研究了黄河流域水文要素的变化，分析了黄河流域径流受气候变化巨大影响，并且讨论了未来气候变化对黄河流域径流的可能影响，应对水资源紧张的态势提出了一些应对水资源紧张的对策

2014年，王玉红^[11]总结了淮河流域水资源特点及开发利用现状,发现淮河流域存在水资源总量不足,人均、地均占有量少;降水时空分布不均,水旱灾害严重;水污染严重;水资源开发利用程度高等问题。在此基础上,建立评价模型,对淮河流域2000-2012年水资源可持续利用水平进行评价。

2015年，杨建英，李淑芳等^[12]使用回归分析法、累计距平法、回归分析法等方法研究了圪洞控制站数据，处理了北川河研究区1985-2009年间的气象、水文数据，对北川河径流变化特征及气象要素与径流量数据间相关性进行了深刻的分析。

2016年，高超、陆苗^[13]等基于 1959—2008 年日尺度气象数据与径流数据为分析淮河流域上游地区径流对气候变化的响应，将SWIM 分布式水文模型与统计方法相结合，定量分析了上游径流对气候要素敏感系数以及各气候要素对径流的贡献率。

1.2.2 国外研究现状

CA Lin,L Wen等^[14]使用中尺度降水模型进行洪水预报，与传统方法相比，提供了较长的交付时间，具有较大的应用前景。J.Y.Zhang,G.Q.Wang等^[15]为了评估气候变化对淮河流域水资源的影响，建立了可变渗透能力（VIC）模型，使用来自11个井测量的子流域的数据进行校准。然后根据例如气候条件和土壤质地的相似性将来自测井站的模型参数转移到测量不良的区域。以1961 - 1990年的预计径流量为基线，校准的VIC模型随后用于研究三个气候变化情景对流域径流的潜在影响。Lihua Xiong,Kunxia Yu等^[16]分析1960 - 2007年长江上游年均季节径流变化趋势。研究了径流系列与降水和温度条件的关系，并根据拟议的累积温差（ATD）指数，对冰川融水重熔过程对长江流量的影响进行了考察。AN Sharpley^[17]研究调查了中国淮河流域的降水垂直结构的变异性。通过对美国国家航空航天局（NASA）热带降雨测量任务（TRMM）卫星上的第一次太空降水雷达（PR）的垂直反射率分布（VPR）的长期观测，揭示了降水特征。统计分析了1997-2012年15年时间的最新的TRMM 2A-23和2A-25数据。S Zhang,J Zhang等^[18]根据1950-2007年淮河流域吴家渡水文站的月径流数据，分析了雨季下旱灾洪涝突变现象（包括旱灾和旱灾）使用长期和短周期径流干旱洪涝突变指数（RDFAI）。J Ye,Y Gao等^[19]将雷达降水数据与分布式水文模型耦合，对于提高洪水预报精度和提前时间具有重要意义。然而，水文模型雷达降水误差扩散也影响径流过程模拟。该研究团队淮河流域提供的作战雷达降水资料气象中心进行了分析。同时采用HEC-HMShydrological模型输入，利用雷达降水资料对淮河流域降水集中期径流进行了模拟分析。

1.3 研究内容与技术路线

（1）研究内容

1. 淮河流域气温降水两个气候要素研究时段内的时空变化分析；
2. 淮河流域径流量研究时段内的时间变化分析；
3. 研究区内两个气相要素互相之间的影响分析；
4. 气温降水因素分别对径流量的影响分析。

（2）技术路线

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